2019 Fiscal Year Annual Research Report
The mechanism for the maintenance of pancreatic beta cells derived by in vitro differentiation of human pluripotent stem cells
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18H02861
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
粂 昭苑 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70347011)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 膵臓 / 内分泌細胞 / インスリン / ドパミン / 糖代謝 / 増殖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、ヒトiPS細胞からβ細胞への分化を促進する化合物について、モノアミンが有効であることを同定してきた。また、モノアミンのうちに、ドパミンが膵島において、脱分化を抑制する作用があることを見出した。今回の研究では、特にドパミンの作用にフォーカスして、膵島における作用機序について詳細に検討した。マウス膵ベータ細胞株であるMin6細胞株における、ドパミン合成酵素の強制発現(Gain of function)およびドパミン合成に対する阻害剤添加（loss of function）による影響、また、ドパミンを細胞内小胞に輸送するトランスポーター（VMAT2）の阻害剤による影響、など様々な解析を行った。全反射顕微鏡によるインスリンイメージングを用いた解析では、VMAT2阻害剤の処理により、膵島内の細胞でのインスリン分泌する細胞の割合が上がることが分かった。これらの結果から、ドパミンはすい臓β細胞の糖応答性インスリン分泌における抑制するシグナルであると考えられた。
さらに、新たに脱分化を抑制する新規な化合物の探索を行い、候補化合物を取得し、ヒトiP細胞由来の膵島細胞における作用について解析した。また、膵臓β細胞特異的なVMAT2変異マウスの解析により、ドパミンによるインスリン分泌抑制は、β細胞の負荷を減軽するために重要な役割を担っていることが強く示唆された。
一方、膵β細胞の恒常性維持の分子機序を解明するために、特にすい臓β細胞におけるインスリン発現のheterogeneity の意義を解明することを目指した。インスリン発現量の違いによる膵臓β細胞の機能的差異を知るために、Insulin-GFPノックインヒトES細胞からインスリン陽性β細胞を作成し、解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今回の研究では、特にドパミンの作用にフォーカスして、膵島における作用機序について詳細に検討した。ドパミンを貯蔵小胞に取り込むトランスポーターの膵β細胞特異的変異マウスを用いた解析により、変異マウスでは、若年期ではインスリン分泌の増強が見られたが、加齢によりβ細胞の脱落がみられた。したがって、ドパミンはインスリン分泌を抑制することにより、β細胞の負荷を減らす「保護効果」があることが分かった。また、試験管内での細胞株やプライマリー膵島を用いた全反射顕微鏡によるインスリンイメージング解析では、インスリン分泌第Ⅰ相と第2相はそれぞれドパミンの異なる作用機序があることが示唆された。以上の結果より、ドパミンによるインスリン分泌制御において新しい展開が期待される。
一方、膵β細胞の恒常性維持の分子機序を解明するために、特にすい臓β細胞におけるインスリン発現におけるheterogeneity の意義を解明することを目指した。Insulin-GFPノックインヒトES細胞からインスリン陽性β細胞を作製し、それを用いた解析についても順調に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
膵臓β細胞のインスリン発現における不均一性については、Insulin-GFPノックインヒトES細胞株を用いた実験を引き続き解析を進める。ドパミンの作用がマウスの膵臓β細胞において重要な働きを示すことが分かったので、並行して行っているヒトiPS細胞より分化した膵臓β細胞の実験系においても、その効果を検証し、ドパミンがどのようにヒト膵臓β細胞の機能維持に影響を及ぼすかについてさらに解析を進める予定である。
申請者らが作成したヒトES/iPS由来膵の膵臓β細胞において、成熟化に関わる遺伝子でその発現がまだ不十分の分子を選定し、ヒトiPS細胞で強制発現し、その影響について解析を進める。また、大規模遺伝子連関(GWAS)解析により同定されている２型糖尿病（T2DM）との関連について報告されている遺伝子についても、引き続きヒトiPS細胞の分化誘導系にを用いて、強制発現やloss of functionなどにより解析を進める。
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[Journal Article] Collagen vitrigel promotes hepatocytic differentiation of induced pluripotent stem cells into functional hepatocyte-like cells.2019
Author(s)
Nakai S, Shibata I, Shitamichi T, Yamaguchi H, Takagi N, Inoue T, Nakagawa T, Kiyokawa J, Wakabayashi S, Miyoshi T, Higashi E, Ishida S, Shiraki N, Kume S
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Journal Title
Biology Open
Volume: 8
Pages: 042192
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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